建材用蓄熱保溫微膠囊及其製備方法

2023-05-28 17:14:56

專利名稱：建材用蓄熱保溫微膠囊及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種蓄熱保溫微膠囊的製備技術及其在建築材料上的應用。
背景技術：
自從20世紀70年代爆發能源危機以來，發展可再生能源越來越受到各國的重視，對可持續能源和可再生資料的研究已經成為全球的熱點。熱儲能系統可以用來儲存能量，同時可以減少能源使用對環境的影響，為能源供應與需求之間的矛盾提供了一個很好的解決方案。
微膠囊化指將微小粒子用成膜材料進行包覆，或嵌入到同質或異質矩陣中，形成微膠囊，賦予這些微膠囊新特性的一項技術。相變材料微膠囊是利用微膠囊化技術，將特定相變溫度範圍的相變材料微粒用有機化合物或高分子化合物以物理或化學方法用一層或幾層性能溫度的高分子膜封裝起來，形成直徑在I lOOym的顆粒，相變過程中膠囊內的相變材料發生固-液相變。而外層始終保持為固態，因此在宏觀上為固態顆粒，防止了液態的流動，改善了加工性能。相變材料微膠囊增大了相變材料的比表面積，傳熱面積變大，提高了使用效率；減小相變材料受周圍環境的影響，避免在相變過程中發生過冷和相分離現象，提高了相變材料的穩定性；發生相變時控制存儲材料的體積，改善了相變材料的加工性能。正是由於相變材料微膠囊的出色性能，其廣泛應用到微機電系統、紡織和建築材料等。例如CN1657587A中國發明專利公開了以三聚氰胺改性脲醛樹脂通過原位聚合法對相變石蠟進行微膠囊化，可以避免相變材料相變時洩漏外溢，但是其產物中殘留部分甲醛，且製備工藝複雜。例如CN101670256A中國發明專利公開了以一定量的相變材料與聚合物單體混合通過界面聚合法製備微膠囊，製備過程中不需加入引發劑，方法較簡單，但是製備的微膠囊機械強度較低，導熱性較差。雙層壁相對於單層壁蓄熱保溫微膠囊機械強度較高，化學穩定性較好。如尚建麗等報導了用甲苯一 2，4 二異氰酸酯和乙二醇作為聚合單體製備內層壁材，以甲苯一 2，4 二異氰酸酯和乙二胺作為聚合單體製備外層壁材從而製得建築用雙層微膠囊(界面聚合法製備微膠囊相變材料的試驗研究，材料導報研究篇，2010年3月(下)第24卷第3期)。但建材用蓄熱保溫微膠囊對機械強度的要求很高，因為只有機械強度高，材料的耐久性好，才不易發生內部相變材料的洩露，才能更有效長久地發揮智能控溫的作用。

發明內容
本發明專利要解決的技術問題是提供一種外殼機械強度和耐久性更好，不易發生內部相變材料洩漏的蓄熱保溫微膠囊及其製備方法。一種蓄熱保溫微膠囊，由雙層壁材和其包覆的有機相變芯材構成，其特徵在於內層壁材以甲苯二異氰酸酯和聚乙二醇為聚合單體，通過界面聚合包裹芯材；外層壁材以甲苯二異氰酸酯和二乙烯三胺、乙二胺或哌嗪等為聚合單體，通過界面聚合包裹內層核殼。考慮到單獨購買甲苯一 2，4 二異氰酸酯成本高，因此購買的甲苯二異氰酸酯是甲苯一 2，4 二異氰酸酯、甲苯一 2，6 二異氰酸酯的混合物，其中甲苯一 2，4 二異氰酸酯含量也很聞。考慮到適用環境及材料的相變點溫度，選用有機相變材料是碳原子個數為12-30的直鏈烷烴、精製石蠟和半精製石蠟中的一種或幾種的混合物。向有機相變材料中加入質量0. 1% 0. 4%的400 800目石墨，一起和芯材加熱融化，均勻混合，提高芯材的熱傳導性。當添加質量小於0. 1%時，導熱效果不明顯；當添加質量大於0. 4%時，其相變區間很不明顯，且加熱後狀態非常粘稠，影響傳熱的均勻性。所述的聚乙二醇的平均分子量為400 1000。當平均分子量小於400時，反應得到的聚合物分子鏈過短，分散效果不好；當平均分子量大於1000時，反應得到的聚合物分子鏈過長，在剪切過程中對溶液的增稠作用明顯，影響體系穩定性。所述的蓄熱保溫微膠囊的製備方法，具有如下工藝步驟a.取相變材料芯材，添加芯材質量0. 1% 0.4%的400 800目石墨，一起加熱直到相變材料融化；控制溫度在30 40°C，將浴I (改性芯材、甲苯二異氰酸酯、聚乙二醇質量比為I :0. 48 I. 11:0. 16 0.37)加入到浴II (蒸餾水和乳化劑質量比為I :0. 03 0. 06中，10000 13000rpm高速均化，以350 500rpm攪拌0. 5 lh，聚合內層壁材。乳化劑選自苯乙烯馬來酸酐、十二烷基硫酸鈉等陰離子乳化劑。b.往a中加入總質量的I. 6% 2. 0%的擴鏈劑，升溫至50 60°C，攪拌條件下加入浴IIK蒸餾水和二乙烯三胺I :0. 13 0. 17，保溫I 2h，聚合外層壁材。聚合完成後，水洗，抽濾，乾燥。擴鏈劑如1，4_ 丁二醇、1，3_ 丁二醇等。c.將製備好的微膠囊分散到矽溶膠中(正矽酸乙酯，無水乙醇，磷酸酯偶聯劑質量比為I :I. 05 I. 84 :0. 16 0. 3,調體系pH至3 4,恆溫水解,機械攪拌條件下反應2 3小時。減壓蒸餾蒸發掉體系的乙醇，過濾，真空乾燥，製得納米二氧化矽改性的蓄熱保溫微膠囊。磷酸酯偶聯劑選自AG-610、PR0-90、DN-27。製備內壁層時溫度要控制在30 40°C，該溫度範圍內製備的雙層微膠囊排布整齊、表面光滑，且機械強度較高。甲苯二異氰酸酯本身特點為其中一個異氰酸根的反應活性較低，所述的甲苯二異氰酸酯與聚乙二醇的初始配比選擇3 1較適宜。步驟a反應0. 5 Ih後加入一定量的擴鏈劑，提高聚合物的分子量。本專利減少擴鏈劑的用量，可以促使殘留的一NCO與一NHCOO-上的-H產生支化點，提高斷裂伸長率，從而提高機械強度。將所製備的蓄熱保溫微膠囊應用於建築材料，混合於水性塗料或膩子中，或者與水泥、灰漿、石灰、石膏、礦渣、礦棉、纖維類、建築砂或混凝土製成外牆體恆溫層。本發明專利簡易、高效地包覆了有機相變材料，並將其應用在建築材料中。改性微膠囊外層壁材，使微膠囊具有親水性，可以應用於水溶性塗料中。本專利雙層蓄熱保溫微膠囊製備工藝簡單，具有較好的機械強度，較好的導熱性能和熱穩定性，原料便宜且來源廣泛，易於工業化推廣。


圖I石蠟(曲線I)和微膠囊被測樣(曲線2)的傅立葉紅外光譜圖、
圖2蓄熱保溫微膠囊的SEM3蓄熱保溫微膠囊粒徑4石蠟和雙層微膠囊的DSC圖，圖中虛線2表示微膠囊、實線I表示石蠟圖5石蠟與雙層微膠囊熱重分析6步驟I溫度28 0C所得產品電鏡7實施例I所得產品電鏡8步驟I溫度42 V所得產品電鏡圖
具體實施例方式通過以下實施操作和實施例將有助於理解本發明，但並不限制本發明的內容。實施例I 4本發明雙層微膠囊的製備取有機相變芯材，添加一定量的400 800目石墨，一起加熱直到芯材融化；a.控制溫度在30 40°C，將浴1(改性芯材、甲苯二異氰酸酯、聚乙二醇質量比為I :0. 48 I. 11:0. 16 0.37)加入到浴II (蒸餾水和乳化劑質量比為I :0. 02 0.3)中，10000 13000rpm高速均化，以350 500rpm攪拌0. 5 lh，聚合內層壁材。b.往a中加入總質量的1% I. 4%的擴鏈劑1，4- 丁二醇，升溫至50 60°C，攪拌條件下加入浴III (蒸餾水和二乙烯三胺I :0. 06 0. 28)，保溫I 2h，聚合外層壁材。聚合完成後，水洗，抽濾，乾燥。c.將製備好的微膠囊分散到矽溶膠中(正矽酸乙酯，無水乙醇，磷酸酯偶聯劑AG-610質量比為I : I. 05 I. 84 0. 16 0. 3，調體系pH至3 4，恆溫水解，機械攪拌條件下反應2 3小時。減壓蒸餾蒸發掉體系的乙醇，過濾，真空乾燥，製得納米二氧化矽改性的蓄熱保溫微膠囊。將所製備的蓄熱保溫微膠囊混合於水性塗料或膩子中，或者與水泥、灰漿、石灰、石膏、礦渣、礦棉、纖維類、建築砂或混凝土製成外牆體恆溫層。表I微膠囊製備的投料量
權利要求
1.一種蓄熱保溫微膠囊，由雙層壁材和其包覆的有機相變芯材構成，其特徵在於內層壁材以甲苯二異氰酸酯和聚乙二醇為聚合單體，通過界面聚合包裹芯材；外層壁材以甲苯二異氰酸酯和二乙烯三胺、乙二胺或哌嗪等為聚合單體，通過界面聚合包裹內層核殼。
2.權利要求I所述的蓄熱保溫微膠囊，其特徵是聚乙二醇的平均分子量為400 .1000。
3.權利要求I或我所述的蓄熱保溫微膠囊的製備方法，具有如下工藝步驟 a.取相變材料芯材，添加芯材質量0.1% 0. 4%的400 800目石墨，一起加熱直到相變材料融化；控制溫度在30 40°C，將改性芯材、甲苯二異氰酸酯、聚乙二醇質量比為I :0. 48 I. 11:0. 16 0. 37的浴I加入到蒸餾水和乳化劑質量比為I :0. 03 0. 06的浴II中，10000 13000rpm高速均化，以350 500rpm攪拌0. 5 lh，聚合內層壁材； b.往a中加入總質量的I.6% 2. 0%的擴鏈劑，升溫至50 60°C，攪拌條件下加入蒸餾水和二乙烯三胺質量比為I :0. 13 0. 17的浴III，保溫I 2h，聚合外層壁材；聚合完成後，水洗，抽濾，乾燥； c.將製備好的微膠囊分散到矽溶膠中，矽溶膠中正矽酸乙酯，無水乙醇，磷酸酯偶聯劑質量比為I :1. 05 I. 84 :0. 16 0. 3，調體系pH至3 4，恆溫水解，機械攪拌條件下反應.2 3小時；減壓蒸餾蒸發掉體系的乙醇，過濾，真空乾燥，製得納米二氧化矽改性的蓄熱保溫微膠囊。
4.權利要求I或2所述的蓄熱保溫微膠囊作為建築保溫材料應用，其特徵在於所述的蓄熱保溫微膠囊混合於水性塗料或膩子中，或者與水泥、灰漿、石灰、石膏、礦渣、礦棉、纖維類、建築砂或混凝土製成外牆體恆溫層。
全文摘要
本發明涉及一種可用於建築材料的蓄熱保溫微膠囊。內層壁材以甲苯二異氰酸酯和聚乙二醇為聚合單體，通過界面聚合包裹芯材；外層壁材以甲苯二異氰酸酯和二乙烯三胺、乙二胺或哌嗪等為聚合單體，通過界面聚合包裹內層核殼。本發明的蓄熱保溫微膠囊，膠囊壁具有熱固性質，機械強度性能較高，提高了耐磨性及耐久性。
文檔編號B01J13/20GK102732225SQ20121018660
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者周豔思, 李堅, 汪信, 汪媛, 紀俊玲, 馬志輝 申請人:江蘇漢諾斯化學品有限公司